第二章-控制系统的数学模型.ppt

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2.3.2.3 建模举例---液力系统 1). 单容水箱 已知: 流入量 Qi, 流出量 Qo, 截面 A; 液位 H 求: 以 Qi 为输入,H 为输出的系统动态方程式. 解: 根据物质守恒定律 或 中间变量为 Qo, 据流量公式 线性化处理: 规范化 Qi Qo A H 或 2.3.2.4 建模举例---热力系统 1). 绝热加热过程 已知: 进热流量 hi , 出热流量 h0, 工质流量 G , 温度?, 比热 Cp, 器内质量 M 求: 以 hi 为输入 ? 为输出的系统动态方程式. 解: 根据能量守恒定律(外加能量=内能变化) G hi M Cp h0 中间变量为 h0 ∴ 2). 加热装置 已知: 进热量 hi , 工质流量 q , 进口温度?i, 出口温度 ?0, 环境温度?c, 热容 C, 进口工质比热 Cp ,热阻 R 求: 绝热时和不加热时的系统动态方程式. 解: 根据能量守恒定律 C Cp ?c 绝热且不加热时 绝热时 2.3.3 物理系统的相似性 物理系统遵循基本的物理定律, 不同的物理系统质同形不同, 有相似性. 上述四种物理系统的相似性: 物理系统 势 流 阻 容 感 电气系统 U I R C L 液力系统 h q R A 热力系统 ? Q R C 机械系统 F v f K m 利用物理系统的相似性, 可使机理分析建模工作大为简化 第四节 典型环节的动态特性 2.4.1 比例环节 2.4.2 积分环节 2.4.3 微分环节 2.4.4 惯性环节 2.4.5 振荡环节 2.4.6 迟延环节 2.4.7 PID控制器的动态特性 求解环节动态特性的基本技能 列写动态方程式 用拉氏变换求传递函数 用拉氏反变换解出阶跃响应 记住响应特点和对应的物理实例 2.4.1 比例环节 动态方程: y(t)=K x(t) 传递函数: G(s)=K 方框图: 阶跃响应: 特点: 0 输入与输出成比例 实例: U=RI K t y=Kx0 X(t) y(t) x=x0 I U R 2.4.2 积分环节 动态方程: 传递函数: 方框图: 阶跃响应: 特点: 0 T大则积分慢 实例: 1/(Ts) y(t) X(t) t x=x0 T I U C 2.4.3 微分环节 动态方程: (理想) (实际) 传递函数: 阶跃响应: 特点: Td 决定了微分作用时间 实例: G(s) t x=x0 Td Kdx0 I Uy C Ux R 0.368Kdx0 2.4.4 惯性环节 动态方程: 传递函数: 方框图: 阶跃响应: 特点: Tc 决定过渡过程时间,K 决定稳态输出值. 实例: G(s) Uy C Ux R t x=x0 Tc Kx0 0.632Kx0 2.4.5 振荡环节 动态方程: 传递函数: 方框图: 单位阶跃响应: 特点:? 是关键参数,它决定了振荡特性, ?n 决定振荡周期. G(s) t y 2.4.5 振荡环节(续) Uy C Ux R L 实例: 2.4.6 迟延环节 动态方程: 传递函数: 方框图: x(s) y(s) 阶跃响应: 特点: y(t)比x(t)迟延了一段时间?. 实例: e-?s t y(t)=x0 t? x=x0 Y(t) ? Qi Qo 2.4.7 PID

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